Sapienza Univeristà di Roma

Facoltà di Medicina e Psicologia, Via dei Marsi, 78- 00185 Roma, Italia.

Docente: Prof.ssa Orchidea Maria Lecian

orchideamaria.lecian@uniroma1.it

Modulo: Fisica Applicata

Anno Accademico 15 Ottobre 2019- 31 Gennaio 2021

Obiettivo Generale del modulo:

Apprendimento, applicazioni e dimostrazioni della fisica di base; risoluzione di esercizi e problemi.

Contenuti:

Nozioni introduttive: grandezze siche; analisi dimensionale; il piano cartesiano; prodotto

scalare e prodotto vettoriale; elementi di calcolo vettoriale.

Analisi dimensionale: Le unità di misura; il Sistema Internazionale ed Sistema cgs; il

Sistema Tecnico.

Meccanica del punto: accelerazione, velocità, posizione; equazioni del moto.

Cinematica e dinamica: primo principio della dinamica, secondo principio della dinamica;

terzo principio della dinamica; quantità di moto; energia. Forze: esempi di forze: la

forza gravitazionale (la forza peso); la forza d'attrito. Vincoli e resistenza.

Forme di energia; conservazione dell'energia; dissipazione dell'energia; lavoro.

Corpi rigidi: dinamica dei corpi rigidi; prima equazione fondamentale; seconda equazione fondamentale. Esempi: le leve.

Sezione d'urto.

Termodinamica: grandezze termodinamiche (esempio: la temperatura); il calore, forme

di scambio di calore. Il primo principio della termodinamica; il secondo principio della

termodinamica; il postulato di Nerst. Gli stati di aggregazione della materia; cambiamenti

di stato; esempi di calore latente. I gas: esempi di trasformazioni termodinamiche. Macchine

termodinamiche.

Elementi di fluidomeccanica; elementi di fluidodinamica. Meccanica dei fluidi; pressione:

portata, viscosità resistenza. Legge di Pascal. Legge di Stevino.

Onde: descrizione dei fenomeni ondosi; propagazione delle onde; sovrapposizione.

Diffusione; riflessione; rifrazione; interferenza.

Elementi di meccanica quantistica.

Atomi e particelle subatomiche: descrizioni fondamentali; decadimenti; decadimenti radioattivi.

Sezione d'urto.

Elementi di elettromagnetismo: corrente elettrica; dipolo magnetico; campo elettrico; campo magnetico;

elementi di teoria dei circuiti.

Dispense del Corso: disponibili via email a richiesta.

Testi adottati: appunti delle lezioni; libri di testo proposti (a scelta): 

Elementi di Fisica Monaco, Sacchi e Solano - Eds McGraw Hill; 

Fisica Bio-Medica Zingoni Tognazzi- Zanichelli; 

Elementi di Fisica. Per le lauree di primo livello dell'area medica.

Dall'osservazione dei fenomeni alla loro descrizione, Romano Zannoli, Ivan Corazza -

Esculapio Ed.; 

Fisica con indirizzo medico-biologico. Esercizi e problemi, Domenico

Scannicchio - Medea Ed.; 

Fisica applicata. Lezioni, esempi, quesiti a risposta multipla

e problemi risolti Fisica applicata. , Joseph W. Kane, Morton M. Sternheim- Edizioni mediche scientiche

internazionali Roma; 

Scannicchio D., Giroletti E., Elementi di Fisica Biomedica, Ed.Edises; 

Serway, Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria, Ed. Edises.

Sessioni d'esame : SECONDO IL CALENDARIO ACCADEMICO

Modalità di valutazione: esame scritto ed orale: risoluzione di esercizi e problemi; dimostrazioni della teoria di base.

Data: 15 Ottobre 2019.

Argomenti delle lezioni:

-  martedì 26 novembre dalle ore 15.30 alle ore 17.00:

- Elementi introduttivi:. Il piano cartesiano; elementi di calcolo vettoriale: punti, segmenti, vettori; somma di vettori; sottrazione di vettori; prodotto scalare; prodotto vettoriale.

- Unità di misura: il Sistema Internazionale (SI), il sistema cgs, il Sistema Tecnico. Analisi dimensionale.

- Meccanica del punto: accelerazione, velocità, posizione; equazioni orarie. Problemi moto rettilineo uniforme; moto rettilineo uniformemente accelerato; moto circolare.

- Cinematica e dinamica: primo principio della dinamica, secondo principio della dinamica; terzo principio della dinamica.

venerdì 6 dicembre dalle ore 08.45 alle ore 10.15:

- Quantità di moto; conservazione della quantità di moto.

- Impulso; impulso elementare.

- Energia; energia cinetica, energia meccanica; energia potenziale. Lavoro.

- Esercizio: accelerazione relativa.

- Forze: esempi di forze: la forza gravitazionale (la forza peso); la forza d'attrito.

- Esercizio: forza costante.

- Leggi di Keplero.

- Vincoli e resistenza.

- Forme di energia; conservazione dell'energia; dissipazione dell'energia; lavoro.

- Momento di una forza. Momento della quantità di moto.

- Momento angolare.

-Esercizi: momento angolare.

-Esercizio: velocità areolare.

- Esercizi: massa ridotta.

- Dinamica dei sistemi.

- Urti elastici, anelastici, completamente anelastici. Esercizi: moto del centro di massa.

- Corpi rigidi: dinamica dei corpi rigidi; prima equazione fondamentale; seconda equazione fondamentale.

- Momento d'inerzia; matrice d'inerzia; momento d'inerzia relativo all'asse di rotazione; raggio di girazione; relazione di Steiner-Huygens.

- Esercizi: le leve.

- Esercizio: rotolamento, scivolamento; attrito volvente.

- Esercizio: circonferenza che ruota attorno ad un asse di rotazione perpendicolare al piano individuato dalla circonferenza e passante per il centro.

- Esercizio: urti tra due punti materiali, velocità iniziale, velocità finale.

- martedì 7 Gennaio 2020 dalle ore 15.30 alle ore 17.00:

Meccanica dei fluidi: definizioni ed analisi dimensionale: sforzo, pressione, modulo di elasticità, deformazione relativa, legge di Hooke; costante elestica, modulo di Young;  modulo di taglio. Esercizio: momento di una coppia di forze per un fluido.

Flusso; Tubo di flusso.

Moto di un fluido viscoso: coefficiente di viscosità, analisi dimensionale.

Legge di Stevino; Eq.ne Barometrica; Principio di Archimede; Eq.ne di Bernoulli.

 Esercizio: forza necessaria per muovere una piastra si area S con velocità non nulla in un recipiente contenete un fluido di profondità noto.

Esercizio: flusso, lavoro, energia cinetica.

Scale termometriche: Gradi Centigradi, Réamur, Farenheit, Kelvin.

Termodinamica:definizione delle grandezze termodinamiche, analisi dimensionale; trasformazioni reversibili ed irreversibili. Variabili termodinamiche, esempio: fluido omogeneo, miscela omogenea di fluidi. Equazioni di stato: legge di Boyle-Mariotte, legge dei gas ideali, miscele gassose; esercizio: applicazione della legge delle pressioni parziali.

Sistemi termodinamici: definizioni: sistemi aperti, chiusi, isolati; pareti: impermeabili, rigide, fisse, adiabatiche, diatermiche. Sistemi termodinamici: chiusi, meccanicamente isolati, termicamente isolati, energeticamente isolati, isolati. Equilibrio termico.

Equivalenza tra calore e lavoro.

Trasformazioni reversibili ed irreversibili.

Principio zero della termodinamica: equilibrio termico.

Calore e lavoro; calore specifico; definizioni: calore scambiato, calore assorbito, calore ceduto; calore specifico a volume costante; calore specifico a pressione costante.

Trasmissione del calore: legge di Newton.

Definizione: energia interna di un sistema. Cenni: teoria cinetica di un gas perfetto; distribuzione delle velocità di Maxwell-Boltzmann.

Primo Principio della Termodinamica: equivalente meccanico  del lavoro; conservazione dell'energia interna; sistemi: isolati e non isolati; leggi di: conservazione della materia, conservazione delle proporzioni definite, conservazione delle proporzioni  multiple, conservazione dei volumi.

Esercizio: calcolo della temperatura finale di una miscela di gas.

Trasformazioni termodinamiche: isocora, isobara, isoterma, adiabatica, politropica. Esercizi:. calcolo del lavoro compiuto ed assorbito dal sistema per le trasformazioni. Eq.ne di van del Walls.

Secondo principio della termodinamica: enunciato di Kevin-Planck; enunciato d Clausius. . Macchine termodinamiche; rendimento di una macchina termica. Enunciato di Clausius-Clapeyron. Definizione: entropia. Esercizi: calcolo dell'entropia per le trasformazioni: isocora, isoterma, isobara, adiabatica reversibile

- contenuto delle lezioni lunedì 13 Gennaio ore 8:45-10:15

-Fenomeni ondosi

-Eq.ne delle onde; definizioni: onde progressive, onde regressive.

Onde armoniche, numero d'onda, periodo, frequenza: analisi dimensionale.

Onnde in u mezzo elaastico. Definizioni ed analisi dimensionale: velocità do propagazione, fronte d'onda, superfici equifase, raggi.

Esempio: suono.

Onde longitudinali. Esercizio: fluido non-viscoso in equilibrio a pressione costante e densità costante. in un tubo di flusso orizzontale (trascurare la forza peso).

Onde trasversali. Definizione ed analisi dimensionale: tensione, angolo di scorrimento; modulo di scorrimento. Esercizio: corda vibrante. Esercizio: allungamento trascurabile. Esercizio: piccole deformazioni. Esercizio: sbarra solida. 

Principio di sovrapposizione: definizioni ed analisi dimensionale: ampiezza, frequenza, lunghezza d'onda, numero d'onda.

Principio di sovrapposizione: Esercizio: sovrapposizione di due onde di ampiezza diversa in fase.

Propagazione dell'energia nel moto ondoso. Definizioni ed analisi dimensionale: energia, intensità, densità di energia.

Principio d'interferenza. Definizioni: interferenza costruttiva; interferenza distruttiva. Esercizi:nterferenza tra due onde di ampiezze diverse non in fase.Esercizio: calcolo dell'ampiezza e della fase dell'onda risultante.

Rifrazione, dispersione, riflessione.

Definizioni: raggi incidenti, raggi riflessi, raggi rifratti.  angoli di incidenza, angolo di riflessione, nel vuoto e nella materia. Definizione ed analisi dimensionale: indice di rifrazione.

Sezione d'urto (cenni); diffusione.

Diffrazione: principio di Huygens-Fresnel-Kirchhoff. Diffrazione di Fresnel; Diffrazione di Fraunhofer. Definizioni ed analisi dimensionale: ampiezza dell'onda incidente, area della sorgente (foro praticato nell'ostacolo); fattore di inclinazione, variazione di energia.

Elementi di elettromagnetismo: elementi di elettrosatica nel vuot;. forze centrali. Legge di Coulomb. Definizioni ed analisi dimensionale: carica elettrica, Coulomb, costante diaelettrica nel vuoto. Campo elettrico campo elettrico stazionario. campo elettrico generato da una carica puntiforme. 

- contenuto delle lezioni martedì 21 Gennaio ore 14:00-17:00

Atomi (descrizione). Tavola periodica degli elementi. Legame metallo, corrente elettrica. Particelle atomiche e subatomiche, famiglie di particelle (cenni).

Sezione d'urto.Definizione.Sezione d'urto in meccanica quantistica (cenni). Fenomeni elastici e fenomeni anelastici. Sistemi di riferimento. Esempio: forza centrale; parametro d'impatto, definizione. 

Elementi di teoria dei circuiti: resistenza, capacità, induttanza; definizione, analisi dimensionale, unità di misura. Resistore, capacitore, induttore, generatore in corrente; spire. Lavoro, potenza, corrente, densità di corrente: definizione, unità di misura, analisi dimensionale.

Esercizio: circuito elettrico con generatore di resistenza non trascurabile e resistore.

Campo magnetico: induzione magnetica, flusso del campo magnetico, momento magnetico (di un dipolo), coefficiente di autoinduzione, permeabilità magnetica del vuoto coefficiente di permeabilità magnetica del vuoto, magnetizzazione: definizione, unità di misura, analisi dimensionale. Legge di Hopkinson.

Permeabilità magnetica della materia coefficiente di permeabilità magnetica della materia: definizione, unità di misura, analisi dimensionale. Sostanza diamagnetiche, sostanza paramagnetiche, sostanza ferromegnetiche.

Magnetone di Bohr: definizione, unità di misura, analisi dimensionale.

Legge di Faraday.

Forza di Lorentz; forza elettromotrice.

Decadimenti radioattivi. Bilancio energetico; costanti di decadimento, vita media, tempo di dimezzamento (emivita), attività: definizione, analisi dimensionale.

Decadiento alpha; decadiento beta.

Fusione, fissione spontanea, fissione indotta. Esempi: Isotopi dell'Uranio, Polonio, Piombo, Fosforo, Radio, Radon, Indio, Sb, Stagno.

Esempi. Fissione catena di decadimento 238Uranio; fusione: Idrogeno, isotopi dell'Elio. Esempi di radioattività artificiale: P, D, S.

Approfondimenti: Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Legge di Pascal. Esercizio: calcolo della densità di un fluido

Esercizi di riepilogo.

Esami sessione Gennaio-Febbraio 2019

Scritto: 31 Gennaio 2020 ore 09:00 -11:00

Orale: 13 Febbraio 2020 ore 09:00 - 14:00

Esami: 15 Giugno 2020 ore 9:30- online

Esami:  14 Settembre 2020- online

Esami:  16 Settembre 2020- online